ანტენა-გასწორების ერთობლივი დიზაინი
ნახაზ 2-ზე ნაჩვენები EG ტოპოლოგიის მიხედვით, ანტენის მახასიათებელი ის არის, რომ ანტენა პირდაპირ შეესაბამება გამასწორებელს და არა 50Ω სტანდარტს, რაც მოითხოვს გამასწორებლის კვებისათვის შესაბამისი წრედის მინიმიზაციას ან აღმოფხვრას. ეს განყოფილება განიხილავს SoA რეტენების უპირატესობებს არა-50Ω ანტენებით და შესაბამისი ქსელების გარეშე.
1. ელექტრულად მცირე ანტენები
LC რეზონანსული რგოლური ანტენები ფართოდ გამოიყენება იმ შემთხვევებში, როდესაც სისტემის ზომა კრიტიკულია. 1 გჰც-ზე ნაკლებ სიხშირეებზე, ტალღის სიგრძემ შეიძლება გამოიწვიოს სტანდარტული განაწილებული ელემენტის ანტენების სისტემის საერთო ზომაზე მეტი სივრცის დაკავება და ისეთი აპლიკაციები, როგორიცაა სხეულის იმპლანტებისთვის სრულად ინტეგრირებული გადამცემ-მიმღებები, განსაკუთრებით სარგებლობს WPT-სთვის ელექტრულად მცირე ანტენების გამოყენებით.
მცირე ანტენის მაღალი ინდუქციური წინაღობა (ახლოს რეზონანსული) შეიძლება გამოყენებულ იქნას გასწორებლის პირდაპირი შეერთებისთვის ან დამატებითი ჩიპზე დამონტაჟებული ტევადობის შესაბამისობის ქსელით. ელექტრულად მცირე ანტენები აღწერილია WPT-ში LP და CP-ით 1 გჰც-ზე ნაკლები სიხშირით ჰიუგენსის დიპოლური ანტენების გამოყენებით, სადაც ka=0.645, ხოლო ნორმალურ დიპოლებში ka=5.91 (ka=2πr/λ0).
2. გასწორების კონიუგირებული ანტენა
დიოდის ტიპიური შეყვანის წინაღობა მაღალი ტევადობისაა, ამიტომ შეუღლებული წინაღობის მისაღწევად საჭიროა ინდუქციური ანტენა. ჩიპის ტევადობის წინაღობის გამო, მაღალი წინაღობის ინდუქციური ანტენები ფართოდ გამოიყენება RFID ტეგებში. დიპოლური ანტენები ბოლო დროს ტრენდული გახდა კომპლექსური წინაღობის RFID ანტენებში, რომლებიც ავლენენ მაღალ წინაღობას (წინაღობა და რეაქტანსი) მათ რეზონანსულ სიხშირესთან ახლოს.
ინდუქციური დიპოლური ანტენები გამოიყენება ინდუქციური დიპოლური ანტენების გამოყენებით, რათა შეესაბამებოდეს გამასწორებლის მაღალი ტევადობის შესაბამისობას ჩვენთვის საინტერესო სიხშირულ დიაპაზონში. დაკეცილ დიპოლური ანტენაში, ორმაგი მოკლე ხაზი (დიპოლური დაკეცვა) მოქმედებს როგორც წინაღობის ტრანსფორმატორი, რაც საშუალებას იძლევა შეიქმნას უკიდურესად მაღალი წინაღობის ანტენა. ალტერნატიულად, გადახრილი კვება პასუხისმგებელია ინდუქციური რეაქტანსის, ასევე ფაქტობრივი წინაღობის გაზრდაზე. მრავალი გადახრილი დიპოლური ელემენტის გაერთიანება დაუბალანსებელ ბაფთიან რადიალურ ღეროებთან ქმნის ორმაგ ფართოზოლოვან მაღალი წინაღობის ანტენას. სურათი 4 გვიჩვენებს რამდენიმე ცნობილ გამასწორებელ-შეერთებულ ანტენას.
სურათი 4
რადიაციული მახასიათებლები RFEH-სა და WPT-ში
ფრისის მოდელში, გადამცემიდან d მანძილზე მდებარე ანტენის მიერ მიღებული სიმძლავრე PRX მიმღებისა და გადამცემის მოგების (GRX, GTX) პირდაპირი ფუნქციაა.
ანტენის მთავარი წილის მიმართულება და პოლარიზაცია პირდაპირ გავლენას ახდენს დაცემული ტალღიდან შეგროვებული სიმძლავრის რაოდენობაზე. ანტენის გამოსხივების მახასიათებლები ძირითადი პარამეტრებია, რომლებიც განასხვავებს გარემოს RFEH-სა და WPT-ს (სურათი 5). მიუხედავად იმისა, რომ ორივე შემთხვევაში გავრცელების საშუალება შეიძლება უცნობი იყოს და მისი გავლენა მიღებულ ტალღაზე გასათვალისწინებელია, გადამცემი ანტენის ცოდნა შეიძლება გამოყენებულ იქნას. ცხრილი 3 ასახავს ამ ნაწილში განხილულ ძირითად პარამეტრებს და მათ გამოყენებადობას RFEH-სა და WPT-ზე.
სურათი 5
1. მიმართულება და მოგება
RFEH და WPT აპლიკაციების უმეტესობაში ვარაუდობენ, რომ კოლექტორმა არ იცის დაცემული გამოსხივების მიმართულება და არ არსებობს ხედვის ხაზის (LoS) გზა. ამ ნაშრომში გამოკვლეულია ანტენის მრავალი დიზაინი და განლაგება, რათა მაქსიმალურად გაიზარდოს მიღებული სიმძლავრე უცნობი წყაროდან, გადამცემსა და მიმღებს შორის მთავარი წილის განლაგებისგან დამოუკიდებლად.
ყოვლისმიმართულებითი ანტენები ფართოდ გამოიყენება გარემოსდაცვით RFEH რექტენებში. ლიტერატურაში, PSD განსხვავდება ანტენის ორიენტაციის მიხედვით. თუმცა, სიმძლავრის ვარიაცია არ არის ახსნილი, ამიტომ შეუძლებელია იმის დადგენა, ვარიაცია გამოწვეულია თუ არა ანტენის გამოსხივების დიაგრამით თუ პოლარიზაციის შეუსაბამობით.
RFEH აპლიკაციების გარდა, მაღალი გამაძლიერებლის მიმართულებითი ანტენები და მასივები ფართოდ არის აღწერილი მიკროტალღური WPT-ისთვის, რათა გაუმჯობესდეს დაბალი RF სიმძლავრის სიმკვრივის შეგროვების ეფექტურობა ან დაძლიოს გავრცელების დანაკარგები. Yagi-Uda rectenna მასივები, bowtie მასივები, სპირალური მასივები, მჭიდროდ შეერთებული Vivaldi მასივები, CPW CP მასივები და პაჩ მასივები მასშტაბირებადი rectenna-ს იმპლემენტაციების რიცხვს მიეკუთვნება, რომლებსაც შეუძლიათ გარკვეულ არეალში ინციდენტური სიმძლავრის სიმკვრივის მაქსიმიზაცია. ანტენის გამაძლიერებლის გასაუმჯობესებლად სხვა მიდგომები მოიცავს სუბსტრატთან ინტეგრირებული ტალღის გამტარის (SIW) ტექნოლოგიას მიკროტალღურ და მილიმეტრიან ტალღურ დიაპაზონებში, რაც სპეციფიკურია WPT-სთვის. თუმცა, მაღალი გამაძლიერებლის rectenna-ები ხასიათდება ვიწრო სხივის სიგანით, რაც ტალღების მიღებას თვითნებური მიმართულებით არაეფექტურს ხდის. ანტენის ელემენტების და პორტების რაოდენობის შესწავლის შედეგად დაასკვნეს, რომ უფრო მაღალი მიმართულების მქონეობა არ შეესაბამება გარემოს RFEH-ში შეგროვებული უფრო მაღალ სიმძლავრეს სამგანზომილებიანი თვითნებური დაცემის გათვალისწინებით; ეს დადასტურდა ურბანულ გარემოში საველე გაზომვებით. მაღალი გამაძლიერებლის მასივები შეიძლება შემოიფარგლოს WPT აპლიკაციებით.
მაღალი გამაძლიერებელი ანტენების სარგებლის თვითნებურ RFEH-ებზე გადასატანად, მიმართულების პრობლემის გადასაჭრელად გამოიყენება შეფუთვის ან განლაგების გადაწყვეტილებები. შემოთავაზებულია ორმაგი პატჩის მქონე ანტენის სამაჯური, რათა გარემოს Wi-Fi RFEH-ებიდან ენერგია ორი მიმართულებით იქნას მიღებული. გარემოს ფიჭური RFEH ანტენები ასევე შექმნილია 3D ყუთების სახით და იბეჭდება ან მიმაგრებულია გარე ზედაპირებზე სისტემის ფართობის შესამცირებლად და მრავალმხრივი შეგროვების უზრუნველსაყოფად. კუბური სწორი სტრუქტურები გარემოს RFEH-ებში ენერგიის მიღების უფრო მაღალ ალბათობას ავლენენ.
2.4 გჰც სიხშირეზე, 4 × 1 მასივზე WPT-ის გასაუმჯობესებლად, განხორციელდა ანტენის დიზაინის გაუმჯობესება სხივის სიგანის გასაზრდელად, დამხმარე პარაზიტული პაჩ ელემენტების ჩათვლით. ასევე შემოთავაზებული იყო 6 გჰც სიხშირის ბადისებრი ანტენა მრავალი სხივის რეგიონით, რომელიც აჩვენებს მრავალ სხივს თითო პორტზე. მრავალმხრივი და მრავალპოლარიზებული RFEH-ისთვის შემოთავაზებულია მრავალპორტიანი, მრავალგამასწორებელი ზედაპირის რექტენები და ენერგიის შემგროვებელი ანტენები ყოვლისმიმართულებითი გამოსხივების ნიმუშებით. მაღალი გამაძლიერებელი, მრავალმხრივი ენერგიის შემგროვებლად ასევე შემოთავაზებულია მრავალგამასწორებელი სხივის ფორმირების მატრიცებით და მრავალპორტიანი ანტენის მასივები.
შეჯამებისთვის, მიუხედავად იმისა, რომ დაბალი რადიოსიხშირული სიმკვრივიდან მიღებული სიმძლავრის გასაუმჯობესებლად მაღალი გამაძლიერებელი ანტენები უპირატესობას ანიჭებენ, მაღალი მიმართულებითი მიმღებები შეიძლება არ იყოს იდეალური იმ აპლიკაციებში, სადაც გადამცემის მიმართულება უცნობია (მაგ., გარემოს RFEH ან WPT უცნობი გავრცელების არხების მეშვეობით). ამ ნაშრომში შემოთავაზებულია მრავალმხრივი, მაღალი გამაძლიერებელი WPT-ისა და RFEH-ისთვის მრავალმხრივი მრავალსხივიანი მიდგომები.
2. ანტენის პოლარიზაცია
ანტენის პოლარიზაცია აღწერს ელექტრული ველის ვექტორის მოძრაობას ანტენის გავრცელების მიმართულებასთან მიმართებაში. პოლარიზაციის შეუსაბამობებმა შეიძლება გამოიწვიოს ანტენებს შორის გადაცემის/მიღების შემცირება, მაშინაც კი, როდესაც მთავარი წილების მიმართულებები გასწორებულია. მაგალითად, თუ გადაცემისთვის გამოიყენება ვერტიკალური LP ანტენა, ხოლო მიღებისთვის - ჰორიზონტალური LP ანტენა, სიმძლავრე არ იქნება მიღებული. ამ ნაწილში განხილულია უკაბელო მიღების ეფექტურობის მაქსიმიზაციისა და პოლარიზაციის შეუსაბამობის დანაკარგების თავიდან აცილების მეთოდები. პოლარიზაციის მიმართ შემოთავაზებული რექტენას არქიტექტურის შეჯამება მოცემულია ნახაზ 6-ში, ხოლო SoA-ს მაგალითი მოცემულია ცხრილ 4-ში.
სურათი 6
ფიჭურ კომუნიკაციებში, საბაზო სადგურებსა და მობილურ ტელეფონებს შორის წრფივი პოლარიზაციის გასწორების მიღწევა ნაკლებად სავარაუდოა, ამიტომ საბაზო სადგურის ანტენები შექმნილია ორმაგი ან მრავალპოლარიზაციისთვის, რათა თავიდან იქნას აცილებული პოლარიზაციის შეუსაბამობის დანაკარგები. თუმცა, მრავალმხრივი ეფექტების გამო დაბალი სიხშირის ტალღების პოლარიზაციის ვარიაცია გადაუჭრელ პრობლემად რჩება. მრავალპოლარიზებული მობილური საბაზო სადგურების ვარაუდის საფუძველზე, ფიჭური RFEH ანტენები შექმნილია როგორც დაბალი სიხშირის ანტენები.
CP რეტენები ძირითადად გამოიყენება WPT-ში, რადგან ისინი შედარებით მდგრადია შეუსაბამობის მიმართ. CP ანტენებს შეუძლიათ CP გამოსხივების მიღება იმავე ბრუნვის მიმართულებით (მარცხენა ან მარჯვენა CP) ყველა LP ტალღასთან ერთად, სიმძლავრის დაკარგვის გარეშე. ნებისმიერ შემთხვევაში, CP ანტენა გადასცემს და LP ანტენა იღებს 3 dB დანაკარგით (50% სიმძლავრის დანაკარგით). CP რეტენები, როგორც აღნიშნულია, შესაფერისია 900 MHz და 2.4 GHz და 5.8 GHz სამრეწველო, სამეცნიერო და სამედიცინო დიაპაზონებისთვის, ასევე მილიმეტრიული ტალღებისთვის. თვითნებურად პოლარიზებული ტალღების RFEH-ში, პოლარიზაციის მრავალფეროვნება წარმოადგენს პოლარიზაციის შეუსაბამობის დანაკარგების პოტენციურ გადაწყვეტას.
სრული პოლარიზაცია, ასევე ცნობილი როგორც მულტიპოლარიზაცია, შემოთავაზებულია პოლარიზაციის შეუსაბამობის დანაკარგების სრულად დასაძლევად, რაც შესაძლებელს ხდის როგორც CP, ასევე LP ტალღების შეგროვებას, სადაც ორი ორმაგად პოლარიზებული ორთოგონალური LP ელემენტი ეფექტურად იღებს ყველა LP და CP ტალღას. ამის საილუსტრაციოდ, ვერტიკალური და ჰორიზონტალური წმინდა ძაბვები (VV და VH) მუდმივი რჩება პოლარიზაციის კუთხის მიუხედავად:
CP ელექტრომაგნიტური ტალღის „E“ ელექტრული ველი, სადაც სიმძლავრე გროვდება ორჯერ (ერთეულზე ერთხელ), რითაც სრულად მიიღება CP კომპონენტი და გადალახულია 3 დბ პოლარიზაციის შეუსაბამობის დანაკარგი:
და ბოლოს, DC კომბინაციის საშუალებით შესაძლებელია თვითნებური პოლარიზაციის ინციდენტური ტალღების მიღება. სურათი 7 გვიჩვენებს სრულად პოლარიზებული სწორი კუთხის გეომეტრიას.
სურათი 7
შეჯამებისთვის, WPT აპლიკაციებში, სადაც დენის წყაროებია, CP უპირატესობას ანიჭებს, რადგან ის აუმჯობესებს WPT ეფექტურობას ანტენის პოლარიზაციის კუთხის მიუხედავად. მეორეს მხრივ, მრავალწყაროიანი სიგნალის მიღებისას, განსაკუთრებით გარემო წყაროებიდან, სრულად პოლარიზებული ანტენებით შესაძლებელია უკეთესი საერთო მიღებისა და მაქსიმალური პორტაბელურობის მიღწევა; სრულად პოლარიზებული სიმძლავრის RF ან DC სიგნალის გაერთიანებისთვის საჭიროა მრავალპორტიანი/მრავალგასწორებელი არქიტექტურა.
რეზიუმე
ეს ნაშრომი განიხილავს RFEH და WPT-ის ანტენების დიზაინში ბოლო დროს მიღწეულ პროგრესს და გვთავაზობს RFEH და WPT-ის ანტენების დიზაინის სტანდარტულ კლასიფიკაციას, რომელიც წინა ლიტერატურაში არ იყო შემოთავაზებული. მაღალი RF-დან DC-მდე ეფექტურობის მისაღწევად გამოვლენილია ანტენის სამი ძირითადი მოთხოვნა:
1. ანტენის გამასწორებელი წინაღობის გამტარობა საინტერესო RFEH და WPT დიაპაზონებისთვის;
2. გადამცემსა და მიმღებს შორის მთავარი წილის გასწორება WPT-ში სპეციალური კვების წყაროდან;
3. პოლარიზაციის შესაბამისობა სწორკუთხედსა და დაცემული ტალღის ხაზს შორის კუთხისა და პოზიციის მიუხედავად.
წინაღობის მიხედვით, რექტენები კლასიფიცირდება 50Ω და გამასწორებელ-კონიუგატულ რექტენებად, ძირითადი აქცენტი კეთდება სხვადასხვა ზოლებსა და დატვირთვებს შორის წინაღობის შესაბამისობაზე და თითოეული შესაბამისობის მეთოდის ეფექტურობაზე.
SoA რეტენების გამოსხივების მახასიათებლები განხილულია მიმართულებისა და პოლარიზაციის პერსპექტივიდან. განხილულია მეთოდები, რომლებიც გამოიყენება სხივის ფორმირებისა და შეფუთვის გზით გაძლიერების გასაუმჯობესებლად, რათა დაძლიოს ვიწრო სხივის სიგანე. და ბოლოს, განხილულია WPT-ისთვის განკუთვნილი CP რეტენები, ასევე სხვადასხვა დანერგვა WPT-ისა და RFEH-ისთვის პოლარიზაციისგან დამოუკიდებელი მიღების მისაღწევად.
ანტენების შესახებ დამატებითი ინფორმაციის მისაღებად, გთხოვთ, ეწვიოთ:
გამოქვეყნების დრო: 2024 წლის 16 აგვისტო
